光耦輸出的電壓y是電池電壓x的二次函數(shù),其中由于光耦的離散性對應(yīng)著不同的二次曲線y=ax2+bx。

為了實現(xiàn)每節(jié)電池能進行獨立二次曲線補償，采用準(zhǔn)確的基準(zhǔn)電壓源模擬每節(jié)電池充滿時的電壓(B采樣點)和半電壓(A采樣點)，ＤＳＰ自動收集定標(biāo)信息，并根據(jù)采樣信號的區(qū)間可以判斷定標(biāo)點Ａ或Ｂ實現(xiàn)自動定標(biāo)，利用A(x1,y1)、B(x2,y2)來求解二次函數(shù)的系數(shù)a[i]、b[i]，并將系數(shù)保存于非揮發(fā)性記憶體中。完成定標(biāo)操作后，系統(tǒng)重啟并開始初始化，DSP讀回二次函數(shù)的系數(shù)，通過二次曲線補償求解到每一節(jié)電池電壓Uf[i]，其中i是電池總數(shù)單節(jié)電池的序號，也就是說通過二次曲線補償后光耦輸出信號與電池的實際電壓成性線關(guān)系，如圖6所示。

5 數(shù)字光耦的溫度漂移校正

溫度對于數(shù)字光耦的特性來說有較大的影響，例如光耦發(fā)光二極管的正向?qū)▔航?光耦右側(cè)的光敏三極管的工作點。如圖6所示，當(dāng)溫度從T1升高到T2時，光耦輸出的電壓值從y1增大到y(tǒng)2，經(jīng)DSP采樣、二次曲線補償運算得到x2，由于溫度升高，使得計算得到的電池電壓從x1漂移到x2，因此要在較寬的溫度范圍內(nèi)達到高的測量精度,就必須對溫度變化產(chǎn)生的影響予以補償。

溫度補償?shù)姆椒ㄓ泻芏?，其中典型的方法是采樣得到溫度量，程序查溫度結(jié)合電壓補償曲線表實現(xiàn)補償，缺點是相同數(shù)字光耦的特性不一定完全一致，有著不同的溫度漂移曲線，在應(yīng)用工程中N節(jié)電池補償曲線表的預(yù)建立非常困難，該方案并不理想。

本文溫度補償采用與具體溫度無關(guān)的補償方法，由于經(jīng)過二次曲線補償后數(shù)字光耦輸出電壓信號與電池的電壓成線性關(guān)系(如圖6所示)，當(dāng)受溫度漂移時光耦輸出信號量y2-y1=y4-y3時，那么電池電壓漂移量x2-x1=x4-x3，也就是說數(shù)字光耦產(chǎn)生的電池電壓每伏所對應(yīng)的偏差量(UΔ)是相同的。如果利用線性光耦轉(zhuǎn)換蓄電池組兩端的準(zhǔn)確電壓，就可以求解得到電池電壓每伏所對應(yīng)的偏差量(UΔ)，從而補償光耦的溫度漂移。

一般地UPS電源都設(shè)計有直流母線電壓(電池組電壓)監(jiān)控電路，由于線性光耦溫度漂移很小，輸入輸出的線形較好，抗干擾能力強，有優(yōu)越的隔離性能，能有效地抑制共模干擾等優(yōu)點，直流母線電壓的采樣電路可以采用線性光耦，為了保證線性光耦的工作，必須提供與采樣信號地隔離的輔助電源。電路拓樸如圖7所示，電池組電壓經(jīng)過R1與R2分壓后經(jīng)線性光耦輸出得到差分信號u0，經(jīng)后一級運放信號調(diào)理得到與電池組電壓成比例的采樣信號U_Ａ。U_Ａ與蓄電池組的電壓成比例，且不受工作溫度的影響，利用U_Ａ與對應(yīng)每一節(jié)電池采樣電壓的累加和UΣ求得總的采樣偏差ΣU_Δ，根據(jù)偏差ΣU_Δ計算電池的每伏電壓補償量，就可以得到每一節(jié)電池接近真實的電壓，數(shù)學(xué)表達式如式①、②、③所示。

將二次曲線補償后的每一節(jié)電池電壓進行累加得到U_Σ，其中n是電池組的電池節(jié)數(shù)。
①

求得因數(shù)字光耦的溫度漂移造成的電池組電壓的偏差。

②

利用偏差ΣUΔ計算電池的每伏電壓補償量，就可以得到每一節(jié)電池接近真實的電壓。

③

6 蓄電池工作電流的采樣與分析

判斷蓄電池壽命狀況的最佳測試方法是帶負載測試即容量測試，UPS運行期間可以自動關(guān)斷整流模塊輸出，蓄電池組向逆變模塊供電?？紤]到蓄電池組工作在大電流高電壓的危險狀態(tài)，電流檢測采用霍爾傳感器,實現(xiàn)了電流采樣信號與高電壓的母線隔離(如圖7所示)，當(dāng)蓄電池組由單節(jié)電池串聯(lián)組成時，直流母線的工作電流就是每節(jié)電池的放電電流，結(jié)合每一節(jié)電池的電壓就能判斷每一節(jié)電池的狀態(tài)，并能將信號以ＬＣＤ圖形、文字方式直觀顯示，也可以串口等通訊方式報告電池狀態(tài)。

圖8

7 結(jié)論

采用數(shù)字光耦對蓄電池組的單體電池電壓進行巡檢，配合一個線性光耦單元對電池組整體電壓進行監(jiān)測，并利用霍爾傳感器檢測電池工作電流，采用軟件進行二次曲線補償，解決了數(shù)字光耦的非線性與溫度漂移問題，經(jīng)DSP分析電池組的工作電流及電壓就可以推算出蓄電池內(nèi)部真實的等效內(nèi)阻，及時、有效地報告弱電池和潛在失效電池，保證了UPS系統(tǒng)運行的可靠可性與穩(wěn)定性。